收稿日期:20120708;修回日期:20120821 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61001156);宁夏大学科学研究基金资助项目
(2R1232)
作者简介:刘国军(1978),男(回族),宁夏吴忠人,副教授,博士,主要研究方向为小波、偏微分方程图像处理及其应用(liugj@nxu.edu.cn);
马月梅(1981),女(回族),宁夏同心人,助教,硕士,主要研究方向为统计理论及其在图像处理中的应用.
混合波原子和双边滤波的纹理图像滤波方法
刘国军
1
,马月梅
2
(1宁夏大学 数学计算机学院,银川 750021;2.宁夏大学 民族预科教育学院,银川 750002)
摘 要:为了更好地去除纹理图像中的噪声,提出了一种新的混合波原子阈值的振荡纹理图像扩散模型;利用
扩散方程和图像滤波方法的理论联系,给出了联合双边滤波的图像去噪算法;最后,利用峰值信噪比(
PSNR)和
结构相似度(SSIM)两个客观图像质量评价指标,与目前流行的图像去噪方法(包括波原子阈值、双边滤波、高斯
尺度混合(GSM),以及非局部滤波(NLM))进行比较。实验结果验证了新方法的有效性。
关键词:纹理;波原子;阈值;双边滤波;非线性扩散
中图分类号:TP39141 文献标志码:A 文章编号:10013695(2013)03094204
doi:10.3969/j.issn.10013695.2013.03.078
Texturalimagefilteringmethodbyhybridizingwaveatoms
shrinkagewithbilateralfiltering
LIUGuojun
1
,MAYuemei
2
(1.SchoolofMathematics&ComputerScience,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China;2.SchoolofPreparatoryEducationforNational
ities,NingxiaUniversity,Yinchuan750002,China)
Abstract:Thispaperproposedanoveldiffusionschemebyhybridizingwaveatomsthresholdingfortexturalimages.Alsode
signedadenoisingalgorithmbasedontherelationshipbetweensolutionofnonlineardiffusionequationandbilateralfiltering
method.Numericalexperimentsillustratethegoodperformanceincomparisontothestateoftheartdenoisingalgorithms
,such
aswaveatomsshrinkagemethod,andthebilateralfilteringmethod,scalemixturesofGaussians(GSM)method,nonlocal
mean
(NLM)method,byusingtwoobjectivemeasures:peaksignaltonoiseratio(PSNR)andstructuralsimilarity(SSIM).
Keywords:texture;waveatoms;shrinkage;bilateralfiltering;nonlineardiffusion
5
引言
图像数据几乎不可避免地含有不同程度的噪声,因此,去
噪是图像处理的一个基本环节。图像去噪的目的在于去除已
有图像中的噪声或一些不真实的细节成分,同时保留其边界或
纹理等重要特征。作为低层次的图像处理过程,图像去噪受到
了学者们广泛的关注和研究,并提出了许多著名的模型和算
法。其中小波
[1]
和偏微分方程(PDE)的图像处理方法
[2]
是两
类最具代表性的方法。许多学者
[3,4]
倾向于将两者进行有机
结合,提出新的模型和算法,旨在发挥各自优势的同时,能弥补
它们的不足。作为一种图像分析工具,小波变换具有快速、时
频局部化、稀疏性和多尺度等好的属性,并被成功地应用于图
像去噪,但小波图像去噪也存在一些不足,如缺乏平移不变性
和方向性。针对上述不足,许多学者提出了新的改进办法,如
平移循环针(cyclespinning)思想
[5]
,以及新发展起来的多尺度
几何分析工具———曲线波
[6]
。
最近,Demanet等人
[7]
提出了一种新的图像分析工具—波
原子。它是一种特殊的二维波包的变形。与曲线波相比,波原
子的支撑区间是各向同性的,即 width~length;而其每个波包
的振动周期 和支 撑尺 寸满 足抛 物尺 度关 系,即 wavelength~
(diameter)
2
。因此,从这个角度来看,波原子可简单地被理解
为方向小波和
Gabor原子的插值。波原子是由一类特殊的正
交波包构造的紧框架,具有小波的局部化和多尺度属性。更重
要的是,相对于小波、Gabor原子和曲线波而言,波原子对于振
荡函数(可以认为是一个简单的纹理模型)具有最优的稀疏表
示。具体来说,对于给定的精度,只需 O(N)个波原子系数就可
以表示,但却需 O(N
3/2
)个曲线波系数,O(N
2
)个小波系数和
Gabor原子系数才能达到同样的精度。
基于波原子本身构造的特殊性,它已经被广泛地应用于图
像处理的不同领域。文献[
8]提出了依赖于波原子尺度的纹理
图像去噪算法;文献[
9]提出了对偶树复小波和波原子稀疏图
像表示的压缩传感图像重构算法;文献[10]将波原子应用于
地震波资料的信噪分离。波原子本质上是一类特殊的正交波
包的变形,类似于小波、脊波和曲线波,简单的波原子阈值图像
去噪方法不可避免地会带来伪 Gibbs现象和类似于波原子形
状的虚假成分。为了克服上述不足,文献[3]将阈值思想与
PDE方法相结合,提出了波原子系数约束的总变分优化模型。
文献[4]进一步提出了非局部总变差正则化的波原子图像去
噪算法。
PDE图像去噪方法
[3,4]
虽然能很好地保留图像边界,
但往往需要求解偏微分方程,会破坏图像的纹理信息并产生明
显的块效应。
第 30卷第 3期
2013年 3月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol30No3
Mar.2013